Préparation et confection des éprouvettes

2.3.1.1 Mortier

Le protocole de malaxage est important car il peut avoir un impact significatif sur les propriétés à l’état frais et à l’état durci du matériau. Il doit être adapté à la nature du mélange afin d’obtenir une bonne homogénéité. Il existe un protocole de malaxage pour les mortiers normalisés décrit dans la norme NF EN 196‑1. Toutefois, nous avons pu voir dans le Chapitre 1 que les fibres végétales ont une influence significative sur l’homogénéité et l’ouvrabilité des composites cimentaires. Par

compte la présence de fibres et d’adjuvants. C’est pourquoi nous avons établi un protocole de malaxage plus adapté, permettant d’éviter les phénomènes de « boulettes » couramment observés pour ces composites. Ce protocole, résultant de l’expérience du laboratoire pour ces matériaux, est décrit dans la Figure 2‑18.

Figure 2-18 : Protocole de malaxage des mortiers

Le malaxeur a été humidifié afin de limiter une absorption supplémentaire de l’eau de gâchage par les parois. La Figure 2‑19 présente le malaxeur à mortier utilisé. Les granulats et les fibres utilisés pour la confection ont été séchés en étuve à 50°C jusqu’à atteindre une variation de masse inférieure à 0,1 % en 24 h. Les fibres de lin sont introduites manuellement en fin de malaxage. Le temps d’introduction des fibres reste donc relativement variable puisqu’elles ne doivent pas être introduites en grande quantité dans le malaxeur, ceci afin d’éviter un blocage et pour assurer une bonne homogénéité du mélange. Il est donc nécessaire d’introduire les fibres par petites quantités tout en les dispersant le plus possible pendant le malaxage. Ceci permet d’éviter le phénomène de formation de boulettes évoqué dans le Chapitre 1. Les essais à l’état frais sont alors réalisés dans la foulée.

Le mélange est ensuite coulé dans des moules en polystyrène à trois alvéoles pour réaliser des éprouvettes de dimensions 4×4×16 cm, conformément à la norme NF EN 196‑1. Un appareil à chocs a été utilisé pour compacter le mortier dans les moules, en conformité avec la norme NF EN 196‑1 (Figure 2‑20). Celui‑ci permet d’appliquer 60 chocs aux moules en les faisant chuter d’une hauteur de 15 mm à la fréquence d’une chute par seconde, pendant 60 secondes. Ces éprouvettes, de taille normalisée, seront utilisées à la fois pour les essais de compression et les essais de flexion. Les moules remplis et pesés sont ensuite couverts d’un plastique et stockés dans une salle de conservation à 20±2 °C et >80 %HR. Les éprouvettes sont ensuite démoulées le lendemain,

24 heures après confection, et replacées dans la chambre de conservation jusqu’à échéance des essais à réaliser.

Figure 2-19 : Malaxeur IGM utilisé pour la confection des mortiers

Figure 2-20 : Table à chocs normalisée (NF EN 196-1)

2.3.1.2 Béton

Avant fabrication, les granulats et les fibres de lin ont été séchés en étuves à 50 °C, jusqu’à atteindre une variation de masse inférieure à 0,1 % en 24 heures. Les gâchées de béton ont été élaborées dans un malaxeur de 140 litres à axe vertical (Figure 2‑21). Les constituants des bétons ont été séchés et refroidis à température ambiante avant le malaxage. Ceux‑ci ont été ajoutés dans la cuve du malaxeur de façon à ce que les matériaux les plus pulvérulents soient intégrés entre les constituants de taille supérieure. Le protocole de malaxage utilisé pour les bétons (ordre d’introduction des constituants et temps de malaxage) est similaire à celui du mortier (Figure 2‑18), mis à part qu’il n’y a pas de variation de vitesse de malaxage pour les bétons. La période de malaxage est comprise entre 5 et 8 minutes, en fonction de la quantité de fibres de lin à introduire ; en effet, c’est l’ajout des fibres de lin qui rallonge la période de malaxage. Pour ces bétons, l’ajout de 0,1 % de fibres prend environ 1 minute. Les essais à l’état frais et la confection d’éprouvettes ont été réalisés dans la foulée, dans les plus courts délais.

Les moules cylindriques de dimensions intérieures Ø11×22ht cm et les moules prismatiques 7×7×28 cm (Figure 2‑23) sont remplis en deux couches de hauteurs similaires, chacune étant compactée avec une table vibrante pendant 5 à 10 secondes (Figure 2‑22). Les moules remplis et pesés sont ensuite couverts par un plastique et stockés dans une salle de conservation à 20 °C et >80 %HR. Les éprouvettes sont ensuite démoulées le lendemain, 24 heures après confection, et replacées dans la chambre de conservation jusqu’à échéance des essais à réaliser.

Figure 2-21 : Malaxeur à béton 140 L

Figure 2-22 : Table vibrante Figure 2-23 : Coffrages cylindres Ø11×22 cm et primes 7×7×28 cm

2.3.2 Propriétés à l’état frais

2.3.2.1 Masse volumique et air occlus

La masse volumique du mortier ou béton frais a été calculée à partir des mesures gravimétriques des moules remplis après coulage.

L'air occlus correspond au pourcentage volumique de bulles d'air dans le béton après sa mise en place. La teneur en air est déterminée à partir de la masse volumique des éprouvettes confectionnées selon l’Eq. 11 :

(%) = 100 ∗ 1 − ∗ ^∑

∑ .

Eq. 11

Avec : ρfr la masse volumique des mortiers (ou bétons) à l’état frais ; Vi la proportion volumique du constituant « i » dans le mélange ; ρi la masse volumique du constituant « i ».

2.3.2.2 Consistance des mortiers

La maniabilité des mortiers a été mesurée selon 2 protocoles : l’essai au maniabilimètre (NF P18‑452) et l’essai avec la table à secousses (NF EN 1015‑3). Le premier essai mesure le temps d’écoulement d’un mortier sous l’effet d’une vibration dans un maniabilimètre de type B (Figure 2‑24). Le deuxième essai mesure le diamètre d’étalement du mortier mis en place à l’aide d’un moule tronconique sur le plateau d’une table à chocs appliquant 15 chocs correspondant chacun à une chute de 10 mm (Figure 2‑25).

Figure 2-24 : Essai au maniabilimètre à mortier Figure 2-25 : Essai à la table à chocs

2.3.2.3 Ouvrabilité et fluidité des bétons

Les propriétés de contrôle à l’état frais des bétons ordinaires se résument à la mesure de l’affaissement au cône d’Abrams et à la mesure du temps Vébé. Pour les bétons autoplaçants, l’essai d’étalement au cône d’Abrams a été réalisé.

2.3.2.3.1 Essai d’étalement au cône d’Abrams

C’est l’essai le plus couramment utilisé du fait de sa simplicité. Il s’agit de mesurer l’affaissement d’un cône de béton sous l’effet de son propre poids (Figure 2‑26). Plus l’affaissement sera grand, plus le béton sera fluide. La mesure de l’affaissement au cône d’Abrams a été réalisée selon la norme NF EN 12350‑2. L’affaissement au cône d’Abrams a été mesuré deux fois pour chaque formulation. Les classes de consistance du béton déterminées en fonction de l’affaissement mesuré au sens de la norme NF EN 206 sont regroupées dans le Tableau 2‑7.

Figure 2-26 : Essai d’affaissement

Figure 2-27 : Essai Vébé Figure 2-28 : Essai d’étalement

2.3.2.3.2 Essai de consistance Vébé

fluide. La mesure du temps Vébé a été faite selon la norme NF EN 12350‑3. Le Tableau 2‑8 fournit les classes de consistance du béton en fonction du temps à l’essai Vébé.

Tableau 2-7 : Classes de consistance des bétons en fonction de l’affaissement mesuré

Tableau 2-8 : Classification des bétons selon le temps à l’essai Vébé

Classe Affaissement (mm) Classe Temps Vébé (s)

S1 10 – 40 V0 ≥ 31

S2 50 – 90 V1 30 – 21

S3 100 – 150 V2 20 – 11

S4 160 – 210 V3 10 – 5

S5 ≥ 220 V4 ≤ 4

2.3.2.3.3 Essai d’étalement au cône d’Abrams

La fluidité des bétons autoplaçants a été caractérisée avec l’essai d’étalement au cône d'Abrams, conformément à la norme NF EN 12350‑8 (Figure 2‑28). L’équipement de cet essai est identique à celui de l’affaissement au cône. Cependant, le béton étant plus fluide, il s’agit de mesurer l’étalement du béton sur une plaque plutôt qu’un affaissement. Le résultat de cet essai est exprimé par la moyenne de deux mesures du diamètre de la galette de béton obtenue.

2.3.2.4 Essais sur pâte de ciment durcissante

Dès que le ciment anhydre a été mélangé avec de l’eau, l’hydratation commence, et les propriétés de la pâte sont évolutives dans le temps. Après un certain temps, les cristaux d’hydrates prenant de plus en plus d’importance, le mélange fait prise et le matériau commence alors à se solidifier. On peut alors, en fonction de la consistance de la pâte, déterminer le début de prise du ciment. Pour cela, on mesure le temps de début de prise à l’aide d’une aiguille (appareil de Vicat). 2.3.2.4.1 Détermination de la consistance normalisée avec l’appareil de Vicat

La consistance de la pâte de ciment est une caractéristique qui évolue au cours du temps. Pour pouvoir étudier l’évolution de la consistance en fonction des différents paramètres, il est nécessaire d’avoir une consistance initiale identique. L’objectif de cet essai est de définir une telle consistance dite « consistance normalisée ».

Cette consistance est évaluée en mesurant l’enfoncement, dans la pâte de ciment, d’une sonde cylindrique de 10 mm de diamètre, sous l’effet d’une charge constante, avec un appareil de Vicat conformément à la norme NF EN 196‑3. La consistance est mesurée sur des pâtes ayant des teneurs en eau différentes afin de déterminer la quantité d’eau nécessaire pour obtenir un arrêt d’enfoncement égal à 6 mm entre l’extrémité de la sonde et la plaque inférieure (hauteur du moule égale à 40 mm). La consistance de cette pâte est qualifiée de normale.

2.3.2.4.2 Mesure du temps de début de prise

Le début de prise dépend de plusieurs paramètres : il varie notamment selon la composition chimique et la finesse du ciment, ainsi que la température ambiante. L’objectif de l’essai est de définir, pour un ciment donné, un temps qui permet de qualifier cette vitesse de prise.

L’essai consiste à suivre l’évolution de la consistance d’une pâte de consistance normalisée. Le dispositif utilisé est l’appareil de Vicat équipé d’une aiguille de 1,13 mm de diamètre, conformément à la norme NF EN 196‑3. Quand sous l’effet d’une charge de 300 g, l’aiguille s’arrête à une distance de 4 mm du fond du moule, on considère que le début de prise est atteint.